KR101588393B1 - 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치 - Google Patents

고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직배향된 액정층과 상판 편광판 사이에 배치된 광축 및 위상지연값, 그리고 파장에 따른 굴절률 값이 서로 다른 일축 필름(uniaxial film)을 사용하여 투과율을 높이고, 빛샘 현상을 파장에 관계없이 제거할 수 있도록 한 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치에 관한 것으로, 하판 편광판, 수직정렬된 액정층, 상판 편광판을 구비하고, 액정층 내의 액정의 광축이 기판에 수직한 수직정렬 액정표시장치에 있어서, 하판 편광판의 투과축과 상판 편광판의 투과축이 직교하며,액정층을 사이에 두고 하판 편광판과 상판 편광판 사이에,제1 파지티브 A-플레이트, 제2 파지티브 A-플레이트, 네거티브 λ/4 A-플레이트, 네거티브 C-플레이트, 액정층, 파지티브 λ/4 A-플레이트, 제3 네거티브 A-플레이트, 제4 네거티브 A-플레이트의 순서로 배치되고,인접한 두장의 파지티브 A-플레이트, 인접한 두 장의 네거티브 A-플레이트의 광축이 서로 직교하는 것이다.

Description

고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치{Multi Domain Vertical Alignment Liquid Crystal Display with High Transmittance and Wide Viewing Angle}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 구체적으로 수직배향된 액정층과 상판 편광판 사이에 배치된 광축 및 위상지연값, 그리고 파장에 따른 굴절률 값이 서로 다른 일축 필름(uniaxial film)을 사용하여 투과율을 높이고, 빛샘 현상을 파장에 관계없이 제거할 수 있도록 한 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 멀티 도메인 수직정렬(MVA) 액정표시장치는 액정화합물의 방향자가 기판에 대해 수직 상태에서 액정화합물이 구동되는 소자로서, 각각 도메인의 액정들이 서로 다른 방향으로 스위칭되므로 싱글 도메인 수직정렬 액정층에 비해 소자의 시야각 특성이 우수하다.
이와 같은 멀티 도메인 수직정렬 액정표시장치는 컬러 필터층이 구비된 컬러 필터층 어레이 기판과 박막 트랜지스터가 구비된 박막 트랜지스터 어레이 기판과 두 기판 사이에 개재된 액정층으로 구성되며, 상기 컬러 필터층 어레이 기판과 박막 트랜지스터 어레이 기판의 내측 면에 상기 액정층의 초기배향 방향을 결정하는 배향막이 구비되어 있다.
상기 수직정렬 액정표시소자에 전압이 인가되지 않는 경우에는 액정층 내에 액정화합물이 기판에 수직하게 배열되어 화면이 다크(dark) 상태로 나타난다.
즉, 액정에 전압이 인가되지 않을 때에는 하부의 편광판(polarizer)을 통과한 빛이 액정층을 지날 때 위상차이가 없어 직교한 투과축을 가지는 상부의 편광판(analyzer)은 통과하지 못하여 화면이 다크(dark) 상태로 표시된다.
한편, 상기 수직정렬 액정표시소자에 전압이 인가되면, 액정화합물이 편광판의 투과축과 45도 되는 방향으로 배열되어 빛이 투과되는 것에 의해 화면이 브라이트(bright) 상태를 나타낸다.
즉, 액정에 전압이 인가되면 하부의 편광판(polarizer)을 통과한 빛이 전계로 인해 45° 회전한 액정층을 통과하면서 90° 회전하여 상부의 편광판(analyzer)을 통과함으로써, 화면이 브라이트 상태로 표시된다.
멀티 도메인 수직정렬(multi-domain vertical alignment, MVA) 액정층은 싱글 도메인 수직정렬 액정층의 불충분한 시야각특성들을 향상시키기 위해 제안되어 실용화되었다.
MVA 액정층에서, 액정분자들은 전압이 인가되지 않을 때 기판상에서 수직정렬하고, 전압이 인가될 때, 액정분자들은 화소전극 및 대향전극간에 발생된 비스듬한 전계에 의해 도메인을 형성하며 기판 면방향으로 눕는다.
이 경우 하나의 화소 영역이 복수 개의 분할영역들로 분할되고, 액정 분자를 대칭적으로 배열시킴으로써 투과율 변화가 대칭적으로 발생하여 광시야각을 얻게 된다. 멀티도메인은 돌기 또는 슬릿을 이용하여 형성된다.
도 1은 일축필름을 사용한 액정층의 단면 구성도이고, 도 2는 도 1의 액정층의 브라이트(bright) 상태에서 정면 픽셀의 시뮬레이션 이미지이다.
도 1에 도시된 액정층은 투과축이 서로 직교하는 상판, 하판 편광판과 위상지연값 λ/2를 가지는 액정층으로 이루어진 일반적인 멀티 도메인 수직정렬 모드를 개략적으로 도시한 구조이다.
도 1에 도시된 액정층의 구조는 전계를 인가하여 브라이트(bright) 상태를 표현할 때, 각각 도메인 사이 영역에서 특이선(disclination line)이 발생하여 투과율이 낮다.
도 3은 도 1의 액정층의 보상구조를 측면(θ =70°, φ=45°)에서 바라본 뽀앙카레 구상에서의 편광상태를 나타낸 도면이다.
여기서, θ는 z축을 기준으로 70°의 각(angle)을, φ는 x축을 기준으로 45°의 각을 갖는 것을 나타낸다.
도 1에 도시된 액정층은, 파장에 따른 분산이 없는 파지티브 A-플레이트 한 장과 네거티브 A-플레이트 한장을 이용하여 하판 편광판의 투과축에 위치하던 편광상태를 상판 편광판의 흡수축으로 이동시키는 원리의 보상구조이다.
도 1에 도시된 액정층은 측면에서 바라보았을 때 측면 시야각에 따른 뽀앙카레 구상에서 하판 편광판의 투과축과 상판 편광판의 흡수축의 이동을 보상하도록 설계된 것이다.
하지만, 위상지연값이 입사하는 빛의 파장에 반비례하기 때문에 설계한 녹색 파장의 편광상태는 정확히 상판 편광판의 흡수축에 위치하지만, 빨간색이나 파란색 파장의 편광상태는 상판 편광판의 흡수축 편광지점인 A와 일치하지 않아 다크(dark) 상태에서 빛샘 현상이 발생한다.
도 4는 도 1의 일축 필름을 사용한 액정층의 시야각에 따른 명암비 특성을 보여주는 시뮬레이션 결과로, 수평 및 수직 방향에서는 정면과 비슷한 수준의 명암비를 얻을 수 있으나, 측면 방향에서는 빛샘 현상으로 인해 명암비가 낮음을 알 수 있다.
한국공개특허번호 10-2012-0071835호 한국공개특허번호 10-2005-0039587호
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 수직 정렬 액정표시장치의 문제를 해결하기 위한 것으로, 수직배향된 액정층과 상판 편광판 사이에 배치된 광축 및 위상지연값, 그리고 파장에 따른 굴절률 값이 서로 다른 일축 필름(uniaxial film)을 사용하여 투과율을 높이고, 빛샘 현상을 파장에 관계없이 제거할 수 있도록 한 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 7장의 일축성 필름(uniaxial film)을 사용하여 브라이트(bright) 상태에서 투과율을 높이고, 다크(dark) 상태에서 모든 각도에서 발생하는 빛샘 현상을 제거하고 파장에 따른 빛샘도 제거할 수 있는 멀티 도메인 수직정렬 액정표시장치의 고투과율, 광시야각 보상방법 및 그 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 파지티브 λ/4 A-플레이트와 네거티브 λ/4 A-플레이트를 이용하여 브라이트(bright) 상태에서 투과율을 높이고, 정분산 특성을 가진 일축 필름(uniaxial film)을 역이용하여 다크(dark) 상태에서 측면에서 발생하는 빛샘 현상을 제거하고 파장에 따른 빛샘도 모두 제거할 수 있는 멀티 도메인 수직정렬 액정표시장치의 고투과율, 광시야각 보상방법 및 그 구조를 제시하는 데 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치는 하판 편광판, 수직정렬된 액정층, 상판 편광판을 구비하고, 액정층 내의 액정의 광축이 기판에 수직한 수직정렬 액정표시장치에 있어서, 하판 편광판의 투과축과 상판 편광판의 투과축이 직교하며, 액정층을 사이에 두고 하판 편광판과 상판 편광판 사이에, 제1 파지티브 A-플레이트, 제2 파지티브 A-플레이트, 네거티브 λ/4 A-플레이트, 네거티브 C-플레이트, 액정층, 파지티브 λ/4 A-플레이트, 제3 네거티브 A-플레이트, 제4 네거티브 A-플레이트의 순서로 배치되고, 인접한 두장의 파지티브 A-플레이트, 인접한 두 장의 네거티브 A-플레이트의 광축이 서로 직교하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 파지티브 λ/4 A-플레이트와 네거티브 λ/4 A-플레이트의 광축이 서로 직교하도록 상판 편광판과 하판 편광판 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
그리고 복수 개의 파지티브 A-플레이트(positive A-plate)와 네거티브 A-플레이트(negative A-plate)들이 상판 편광판과 하판 편광판 사이에 배치되어 다크(dark)상태에서의 시야각 보상을 위해서 일축 필름의 정분산 특성을 역이용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상판 편광판과 하판 편광판 사이에 배치되는 인접한 두 장의 파지티브 A-플레이트의 광축이 직교하는 것을 특징으로 한다.
그리고 광축이 직교하는 파지티브 A-플레이트의 사용으로 뽀앙카레 구상에서 반대 방향으로의 회전으로 파장에 따른 편광상태의 거리차이를 줄이는 것을 특징으로 한다.
그리고 광축이 직교하는 파지티브 A-플레이트의 사용으로 뽀앙카레 구상에서 빛의 파장에 관계없이 편광상태를 S1축으로 정렬하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상판 편광판과 하판 편광판 사이에 배치되는 인접한 두 장의 네거티브 A-플레이트의 광축이 직교하는 것을 특징으로 한다.
그리고 광축이 직교하는 네거티브 A-플레이트의 사용으로 뽀앙카레 구상에서 반대 방향으로의 회전으로 파장에 따른 편광상태의 거리차이를 줄이는 것을 특징으로 한다.
그리고 광축이 직교하는 네거티브 A-플레이트의 사용으로 뽀앙카레 구상에서 빛의 파장에 관계없이 편광상태를 S1축으로 정렬하는 것을 특징으로 한다.
삭제
그리고 제1 파지티브 A-플레이트의 위상지연값이 제2 파지티브 A-플레이트의 위상지연값보다 작은 것을 특징으로 한다.
그리고 제3 네거티브 A-플레이트의 정분산 정도가 제4 네거티브 A-플레이트의 정분산 정도보다 큰 것을 특징으로 한다.
그리고 파지티브 A-플레이트는 파장 550 nm에서, 20 nm 내지 300 nm 범위의 면상 위상지연값을 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고 네거티브 A-플레이트는 파장 550 nm에서, 20 nm 내지 300 nm 범위의 면상 위상지연값을 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고 네거티브 C-플레이트는 액정 층의 위상지연값과 동일한 크기의 음의 두께 방향 위상지연값을 갖는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 7장의 정분산 특성을 지닌 일축 필름(uniaxial film)을 사용하여 멀티 도메인 수직정렬 액정표시장치의 브라이트(bright) 상태에서 투과율을 향상시킬 수 있다.
둘째, 다크(dark) 상태에서 모든 방향에서 발생하는 빛샘 현상을 파장에 관계없이 제거할 수 있다.
셋째, 뽀앙까레 구상에서 상판 편광판 흡수축에서 파장에 따른 거리차를 제거하여 다크(dark) 상태에서 측면에서 발생하는 빛샘 현상을 제거할 수 있어 광시야각 특성이 향상되는 효과가 있다.
넷째, 순차적으로 제3 네거티브 A-플레이트와 제4 네거티브 A-플레이트가 위치하여 뽀앙카레 구상에서 반대방향으로 회전함과 더불어 필름의 적절한 정분산 특성을 이용하여 파장에 따른 편광상태들을 정확하게 상판 편광판의 흡수축에 모와 줄 수 있다.
도 1은 일반적인 수직정렬 액정층의 보상구조를 나타낸 단면 구성도
도 2는 도 1의 액정층의 브라이트(bright) 상태에서 정면 픽셀의 시뮬레이션 이미지
도 3은 도 1의 액정층의 보상구조를 측면(θ = 70°, φ= 45°)에서 바라본 뽀앙카레 구상에서의 편광상태를 나타낸 구성도
도 4는 도 1의 액정층의 시야각에 따른 명암비를 보여주는 시뮬레이션 결과 그래프
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보상필름을 사용한 고투과율 및 광시야각 수직정렬 액정층의 보상구조를 나타낸 단면 구성도
도 6은 도 5의 액정층의 브라이트(bright) 상태에서 정면 픽셀의 시뮬레이션 이미지
도 7a는 도 5의 액정층의 보상구조를 측면(θ=70°, φ=45°)에서 바라본 뽀앙카레 구상(S2-S3 평면)에서의 편광상태를 나타낸 도면
도 7b는 도 5의 액정층의 보상구조를 측면 (θ = 70°, φ= 45°)에서 바라본 뽀앙카레 구상(S1-S2 평면)에서의 편광상태를 나타낸 도면
도 7c는 도 5의 액정층의 보상구조를 측면 (θ = 70°, φ= 270°)에서 바라본 뽀앙카레 구상(S1-S2 평면)에서의 편광상태를 나타낸 도면
도 8은 도 5의 액정층의 시야각에 따른 명암비를 보여주는 시뮬레이션 결과 그래프
이하, 본 발명에 따른 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보상필름을 사용한 고투과율 및 광시야각 수직정렬 액정층의 보상구조를 나타낸 단면 구성도이다.
본 발명은 광학 보상 필름을 포함하는 수직정렬 액정표시장치에 관한 것으로, 수직배향된 액정층과 상판 편광판 사이에 배치된 광축 및 위상지연값, 그리고 파장에 따른 굴절률 값이 서로 다른 일축 필름(uniaxial film) 7장을 사용하여 브라이트(bright) 상태에서 투과율을 높이고, 다크(dark) 상태에서 모든 방향에서 발생하는 빛샘 현상을 파장에 관계없이 제거할 수 있도록 한 것이다.
이와 같은 본 발명에 의한 수직정렬 액정표시장치의 고투과율, 광시야각 보상구조는, MVA 액정층과, 상기 MVA 액정층의 상판 및 하판에 설치되는 상판 및 하판 편광판 및 상기 액정층과 상기 상판 편광판 사이에 조합으로 설치되며, 광축과 위상지연값, 그리고 파장에 따른 굴절률 값이 서로 다른 7장의 일축 필름을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 멀티 도메인 수직정렬 액정표시장치는 하판 편광판과 상판 편광판, 액정층으로 구성되어 있으며, 하판 편광판의 흡수축과 상판 편광판의 흡수축은 직교하도록 배치되어 있으며, 액정층의 광축 기판에 수직하게 배치되는 것이 바람직하다.
구체적으로 본 발명은 하판 편광판, 액정으로 채워진 수직 배향된 액정층과 상판 편광판으로 구비되어 있으며, 하판 편광판의 흡수축과 상판 편광판의 흡수축이 직교하며, 액정층내의 액정의 광축이 기판에 수직하고, 다크(dark)상태에서의 시야각 보상을 위해서 하나 이상의 파지티브 A-플레이트(nx>ny=nz)와 하나 이상의 네거티브 A-플레이트 (nx < ny = nz)를 편광판과 액정층 사이에 포함하고, 액정층의 보상을 위해 하나 이상의 네거티브 C-플레이트 (nx = ny > nz)를 포함하고, 인접한 두 파지티브 A-플레이트들, 인접한 두 네거티브 A-플레이트들의 광축이 항상 서로 직교하는 것이다.
본 발명의 파지티브 λ/4 A-플레이트와 네거티브 λ/4 A-플레이트는 상판 편광판과 하판 편광판 사이에 배치되면서 편광판과 조합으로 원편광판으로 사용되며, 멀티 도메인 수직정렬 액정층에서 발생하는 특이선(disclination line)을 효과적으로 줄여 투과율을 높인다.
본 발명의 일축 필름들은 상판 편광판과 하판 편광판 사이에 배치되면서 브라이트(bright)상태의 투과율을 높이기 위해서 파지티브 λ/4 A-플레이트와 네거티브 λ/4 A-플레이트를 이용하며, 필름의 정분산 특성을 다크(dark) 상태에서의 시야각 보상을 위해서 역이용하며 그 방법으로 광축이 서로 수직한 파지티브 A-플레이트들의 뽀앙카레 구상에서 반대 방향으로의 회전으로, 또한 광축이 서로 수직한 네거티브 A-플레이트들의 뽀앙카레 구상에서 반대 방향으로의 회전으로 파장에 따른 편광상태의 거리차이를 줄인다.
그리고 본 발명의 수직정렬 액정표시장치에서 액정층의 위상지연값은 파장 550nm에서, 200nm에서 450nm 사이 값인 것이 바람직하다.
그리고 수직정렬 액정층에서 브라이트(bright) 상태는 투과축이 서로 직교한 편광판 사이에서 백라이트로부터 입사된 빛을 0° 방향으로 선편광시키고, 0° 방향으로 선편광된 빛이 액정층을 통과하면서 90° 회전된 선편광이 되어 투과되는 원리를 이용한다.
0° 방향으로 선편광된 빛이 90° 회전된 선편광이 되려면 액정층의 위상지연값이 입사된 빛의반 파장(λ/2)이 되어야 가능하다. 액정층의 위상지연값 범위는 이용하는 방식에 따라서 결정된다.
이하의 설명에서 본 발명의 액정표시장치는 여러 방향으로 액정을 배향시키거나, 인가되는 전압에 의해서 다중 영역으로 나누어지는 것을 포함한다.
그리고 액정표시장치는 전극 쌍을 포함하는 능동 매트릭스 구동전극(active matrix drive electrode)의 모드에 따라 multi-domain vertical alignment(MVA) 또는 patterned vertical alignment(PVA) 또는 super-patterned vertical alignment(SPVA)으로 구별된다.
본 발명에서 멀티 도메인 수직정렬 액정층이라 하면 MVA, PVA, SPVA 등도 포함한다.
그리고 본 발명은 멀티 도메인 수직정렬액정층의 투과율 향상을 위해서 파지티브 λ/4 A-플레이트와 네거티브 λ/4 A-플레이트를 서로 광축이 직교하도록 배치하는 것이다.
또한 시야각 보상을 위해서 정분산 특성을 지닌 일축 필름을 이용하였으며, 파지티브 A-플레이트와 네거티브 A-플레이트를 조합하여 사용하고, 수직정렬 액정층의 시야각 보상을 위해서 이러한 정분산 특성을 지닌 두 장의 파지티브 A-플레이트, 두 장의 네거티브 A-플레이트를 광축이 각각 서로 직교하게 사용할 경우에 측면에서의 빛샘을 파장에 관계없이 효과적으로 제거할 수 있어서 넓은 시야각 특성의 구현이 가능하다.
수직정렬 액정층의 시야각 보상을 위해서 사용되는 일축 필름의 굴절률을 살펴보면, 면상 굴절률 중 x축 방향의 굴절률을 nx, y축 방향의 굴절률을 ny, 두께 방향 굴절률을 nz이라 할 수 있고, 이때 각 방향의 굴절률 크기에 따라서 일축 필름의 특성이 결정된다.
세 축 방향의 굴절률 중 한 축 방향의 굴절률이 다른 경우를 일축필름이라 하며, 일축필름은 다음과 같이 정의할 수 있다.
(1) nx>ny=nz 일 때, 파지티브 A-플레이트라 하며, 면상에 놓인 두 굴절률 차와 필름의 두께를 이용하여 면상 위상지연값 (in-plane retardation value)을 정의한다.
(2) nx < ny = nz 일 때, 네거티브 A-플레이트라 하며, 면상에 놓인 두 굴절률 차와 필름의 두께를 이용하여 면상 위상지연값 (in-plane retardation value)을 정의한다.
(3) nx = ny < nz 일 때, 파지티브 C-플레이트라 하며, 면상 굴절률과 두께 방향의 굴절률 차와 필름의 두께를 이용하여 두께 방향 위상지연값(retardation value)을 정의한다.
(4) nx = ny > nz 일 때, 네거티브 C-플레이트라 하며, 면상 굴절률과 두께 방향의 굴절률 차와 필름의 두께를 이용하여 두께 방향 위상지연값(retardation value)을 정의한다.
수직정렬 액정층의 보상을 위해서, 사용되는 파지티브 A-플레이트, 네거티브 A-플레이트의 면상 위상지연값은 파장 550 nm에서 20 nm∼300 nm 범위의 값을 갖는 것이 바람직하다.
일축 필름의 파장 분산특성은 정분산특성(normal wavelength dispersion), flat 파장분산 특성(flat wavelength dispersion), 역분산 특성(reverse wavelength dispersion)을 가질 수 있는 데 본 발명에서는 정분산 특성을 지닌 일축 필름을 사용한다.
본 발명에서 사용된 일축 필름의 정분산 정도는 아래의 표 1에 나타나 있다.
Figure 112014051040346-pat00001
여기서, 각각 제1 파지티브 A-플레이트, 제2 파지티브 A-플레이트, 제3 네거티브 A-플레이트, 제4 네거티브 A-플레이트의 위상지연값(Δnd) 값은 예시를 위해 선택한 값으로 필름의 굴절률과 분산 정도에 따라 조절이 가능하다.
필름의 정분산 정도 또한 제1 파지티브 A-플레이트의 분산 정도가 증가하면 제2 파지티브 A-플레이트의 분산 정도가 따라 증가하며, 감소하면 따라 감소하도록 조절이 가능하다.
또한 제3 네거티브 A-플레이트의 분산 정도가 증가하면 제4 네거티브 A-플레이트의 분산 정도가 따라 증가하며, 감소하면 따라 감소하도록 조절이 가능하다.
이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 수직정렬 액정표시장치의 고투과율 및 광시야각 보상 구조를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 5에서와 같이, 멀티도메인 수직정렬(multi-domain vertical alignment, MVA) 액정층(60)이 하판 편광판(polarizer)(10)과 상판 편광판(analyzer)(100) 사이에서 광축이 빛의 진행방향과 나란하게 위치되어 있고, 상기 멀티 도메인 수직정렬(MVA) 액정층과 하판 편광판(10) 사이에 제1 파지티브 A-플레이트(positive A-plate)(20)와 제2 파지티브 A-플레이트(positive A-plate)(30)가 순차적으로 설치되어 있다.
이때, 제1 파지티브 A-플레이트(20)는 0도의 광축과 Δnd =154 nm 값을 가지며, 제2 파지티브 A-플레이트(30)는 90도의 광축과 Δnd =49 nm 값을 갖는다.
상기 제2 파지티브 A-플레이트(30) 위에는 네거티브 λ/4 A-플레이트(40)와 네거티브 C-플레이트(50)가 순차적으로 설치되어 있다.
이때, 네거티브 C-플레이트는 통상적으로 알려진 바와 같이, 광축이 플레이트 표면에 수직하며, Δnd값은 수직정렬 액정과 동일한 크기에 음의 값을 갖는다.
또한, 상판 편광판과 수직정렬 액정층 사이에 존재하는 제3 네거티브 A-플레이트(80), 제4 네거티브 A-플레이트(90)와 파지티브 λ/4 A-플레이트(70)의 파라미터는 각각 하판 편광판(10)과 네거티브 C-플레이트(50) 사이에 존재하는 제1 파지티브 A-플레이트(20), 제2 파지티브 A-플레이트(30), 네거티브 λ/4 A-플레이트(40)와 광축이 직교하고, Δnd값은 부호가 반대인 동일한 값을 갖는다.
도 6은 도 5의 액정층의 브라이트(bright) 상태에서 정면 픽셀의 시뮬레이션 이미지이다.
본 발명에 의한 멀티 도메인 수직정렬 액정층의 고투과율 및 광시야각 보상구조는 도 6의 시뮬레이션 결과에서도 볼 수 있듯이, 브라이트(bright) 상태에서 특이선(dicslination line)이 없이 매우 높은 투과율을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 7a는 도 5의 액정층의 보상구조를 측면(θ=70°, φ=45°)에서 바라본 뽀앙카레 구상(S2-S3 평면)에서의 파장에 따른 편광변화를 나타낸 도면이다.
여기서, θ는 z축을 기준으로 70°의 각(angle)을, φ는 x축을 기준으로 45°의 각을 갖는 것을 나타낸다.
도 7a 및 도 5를 참조하여 설명하면, 측면 시야에 따라 S1에 위치하던 하판 편광판(10)의 투과축이 점 T로 이동하게 되고, 상판 편광판(100)의 흡수축은 S1에서 점 A로 이동하게 된다.
따라서, 본 발명에서 제안하는 구조에서 빛의 편광상태 시작점은 점 T이고, 최종적으로 도달해야 할 편광은 점 A가 된다.
먼저, 편광되지 않은 빛이, 투과축이 90도인 하판 편광판(10)을 통과하게 되어 점 T에 위치하게 된다.
0도의 광축과 Δnd =154nm 값을 가지는 하판 제1파지티브 A-플레이트(positive A-plate)(30)와 90도의 광축과 Δnd =49nm 값을 가지는 하판 제2 파지티브 A-플레이트(positive A-plate)(40)를 통과한 빛의 편광상태는 점 F에 위치하게 된다.
여기서 두장의 파지티브 A-플레이트는 광축이 직교하기 때문에 뽀앙카레 구상에서 서로 반대방향으로 회전하게 된다.
뽀앙카레 구상에서 반대방향으로 회전함과 더불어 필름의 적절한 정분산 특성을 이용하면 파장에 따른 편광상태들을 S1축과 일직선상(φ=45°)에 정렬시킬 수 있다.
점 F의 편광상태들은 최종 목적지인 점 A에서 파장에 관계없이 정확하게 모여서 완벽한 다크(dark)상태를 구현해야 하는데, 이는 아래에 위치했던 제1파지티브 A-플레이트(20)와 제2 파지티브 A-플레이트(30)와 각각 Δnd의 크기가 동일하고 음의 값을 갖는 제3 네거티브 A-플레이트(90)와 제4 네거티브 A-플레이트(80) 정분산 특성의 필름을 이용한다.
순차적으로 제3 네거티브 A-플레이트(80)와 제4 네거티브 A-플레이트(90)가 위치하여 뽀앙카레 구상에서 반대방향으로 회전함과 더불어 필름의 적절한 정분산 특성을 이용하여 파장에 따른 편광상태들을 정확하게 상판 편광판(100)의 흡수축에 모와 줄 수 있다.
따라서 최종 편광상태는 점 A에 도달하게 되어 측면 시야에서도 빛이 차단됨으로써 완벽한 다크(dark)상태를 구현하게 된다.
도 7b는 도 5의 액정층의 보상구조를 측면 (θ = 70°, φ= 45°)에서 바라본 뽀앙카레 구상(S1-S2평면)에서의 550 nm 빛의 편광변화를 나타낸 도면이다.
여기서, θ는 z축을 기준으로 70°의 각(angle)을, φ는 x축을 기준으로 45°의 각을 갖는 것을 나타낸다.
도 7b 및 도 5를 참조하여 설명하면, 편광되지 않은 빛이, 투과축이 90도인 하판 편광판(10)을 통과하게 되어 점 1에 위치하게 된다.
광축이 서로 직교한 제1 파지티브 A-플레이트(20)와 제2파지티브 A-플레이트(30)를 통과한 빛의 편광상태는 점 2에 위치하게 된다.
여기서 네거티브λ/4 A-플레이트(40)를 통과한 빛은 점 2에서 점 3으로, 파지티브 λ/4 A-플레이트(70)를 통과한 빛은 점 3에서 다시 점 2로 이동하게 된다.
마지막으로 광축이 서로 직교한 제3 네거티브 A-플레이트(80)와 제4 네거티브 A-플레이트(90)를 통과한 빛은 점 2에서 상판 편광판(100)의 흡수축과 일치하는 점 4로 이동하게 된다.
이때 도 7a에서 설명과 같이 정분산 특성을 지닌 일축필름을 광축이 서로 직교하게 사용하였으므로 파장에 관계없이 점 4로 모두 이동한다.
도 7c는 도 5의 액정층의 보상구조를 측면 (θ = 70°, φ= 270°)에서 바라본 뽀앙카레 구상(S1-S2 평면)에서의 550 nm 빛의 편광변화를 나타낸 도면이다.
여기서, θ는 z축을 기준으로 70°의 각(angle)을, φ는 x축을 기준으로 270°의 각을 갖는 것을 나타낸다.
도 7c 및 도 5를 참조하여 설명하면, 측면 (φ= 270°)에서는, 편광판과 광축이 일치하는 제1 파지티브 A-플레이트(20), 제2 파지티브 A-플레이트(30), 네거티브 C-플레이트(50), 액정층(60), 제3 네거티브 A-플레이트(80) 그리고 제4 네거티브 A-플레이트(90)들을 지날 때는 편광상태의 이동이 없다.
따라서 네거티브 λ/4 A-플레이트(40)를 지날 때 편광상태가 점 1에서 점 2로 이동하고, 파지티브 λ/4 플레이트(70)를 지날 때 편광상태가 점 2에서 상판 편광판(100)의 흡수축과 일치하는 점 1로 이동하게 된다.
도 8은 본 발명에 의한 액정층의 고투과율 및 광시야각 보상 구조의 시야각에 따른 명암비 특성을 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
본 발명에 의한 수직정렬 액정층의 고투과율 및 광시야각 보상구조는 도 8의 시뮬레이션 결과에서도 볼 수 있듯이, 정면뿐만 아니라 측면에서의 명암비가 우수한 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 멀티 도메인 수직정렬 액정표시장치의 고투과율, 광시야각 보상방법 및 그 구조는 정분산 특성을 지닌 일축 필름(uniaxial film)을 이용하며 뽀앙카레 구상에서 S1축을 기준으로 대칭된 이동경로를 사용하여 다크(dark) 상태에서 측면방향에서 발생하는 빛샘 현상을 제거하고, 파지티브 λ/4 A-플레이트와 네거티브 λ/4 A-플레이트를 광축이 서로 직교하게 사용하여 MVA 액정층의 투과율 저하 문제를 해결할 수 있다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10. 하판 편광판 20. 제1 파지티브 A-플레이트
30. 제2 파지티브 A-플레이트 40. 네거티브 λ/4 A-플레이트
50. 네거티브 C-플레이트 60. 수직정렬 액정층
70. 파지티브 λ/4 A-플레이트 80. 제3 네거티브 A-플레이트
90. 제4 네거티브 A-플레이트 100. 상판 편광판

Claims (15)

  1. 하판 편광판, 수직정렬된 액정층, 상판 편광판을 구비하고, 액정층 내의 액정의 광축이 기판에 수직한 수직정렬 액정표시장치에 있어서,
    하판 편광판의 투과축과 상판 편광판의 투과축이 직교하며,
    액정층을 사이에 두고 하판 편광판과 상판 편광판 사이에,
    제1 파지티브 A-플레이트, 제2 파지티브 A-플레이트, 네거티브 λ/4 A-플레이트, 네거티브 C-플레이트, 액정층, 파지티브 λ/4 A-플레이트, 제3 네거티브 A-플레이트, 제4 네거티브 A-플레이트의 순서로 배치되고,
    인접한 두장의 파지티브 A-플레이트, 인접한 두 장의 네거티브 A-플레이트의 광축이 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 파지티브 λ/4 A-플레이트와 네거티브 λ/4 A-플레이트의 광축이 서로 직교하도록 상판 편광판과 하판 편광판 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 복수 개의 파지티브 A-플레이트(positive A-plate)와 네거티브 A-플레이트(negative A-plate)들이 상판 편광판과 하판 편광판 사이에 배치되어 다크(dark)상태에서의 시야각 보상을 위해서 일축 필름의 정분산 특성을 역이용하는 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상판 편광판과 하판 편광판 사이에 배치되는 인접한 두 장의 파지티브 A-플레이트의 광축이 직교하는 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 광축이 직교하는 파지티브 A-플레이트의 사용으로 뽀앙카레 구상에서 반대 방향으로의 회전으로 파장에 따른 편광상태의 거리차이를 줄이는 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 광축이 직교하는 파지티브 A-플레이트의 사용으로 뽀앙카레 구상에서 빛의 파장에 관계없이 편광상태를 S1축으로 정렬하는 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상판 편광판과 하판 편광판 사이에 배치되는 인접한 두 장의 네거티브 A-플레이트의 광축이 직교하는 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 광축이 직교하는 네거티브 A-플레이트의 사용으로 뽀앙카레 구상에서 반대 방향으로의 회전으로 파장에 따른 편광상태의 거리차이를 줄이는 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 광축이 직교하는 네거티브 A-플레이트의 사용으로 뽀앙카레 구상에서 빛의 파장에 관계없이 편광상태를 S1축으로 정렬하는 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 제1파지티브 A-플레이트의 위상지연값이 제2파지티브 A-플레이트의 위상지연값보다 작은 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 제3네거티브 A-플레이트의 정분산 정도가 제4네거티브 A-플레이트의 정분산 정도보다 큰 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 파지티브 A-플레이트는 파장 550 nm에서,
    20 nm 내지 300 nm 범위의 면상 위상지연값을 갖는 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 네거티브 A-플레이트는 파장 550 nm에서,
    20 nm 내지 300 nm 범위의 면상 위상지연값을 갖는 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 네거티브 C-플레이트는 액정 층의 위상지연값과 동일한 크기의 음의 두께 방향 위상지연값을 갖는 것을 특징으로 하는 고투과율 광시야각 수직정렬 액정표시장치.
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